激光消融生物硬组织过程中,水的介入不仅可以起到清洁创口和降低热损伤的作用,在一定的辐照条件下,还具有增强消融的效果。水介导增强消融效率和消融效果及其机制是该领域的研究热点,研究重点和难点。本文立足于国内外激光消融技术的发展现状和高速成像技术的应用,采用波长为10.64μm的脉冲CO2激光为辐射源,开展脉冲CO2激光与水介质相互作用及其介导牛腿骨组织消融的实验研究。首先,综述了生物骨硬组织的基本成分和生物特性,阐述了脉冲激光消融骨硬组织的消融机理及消融模型,介绍了脉冲激光诱导产生气穴通道及其介导生物硬组织消融的机制。其次,利用高速成像技术,监测脉冲CO2激光在不同聚焦辐照条件下(焦点位置、正离焦位置和负离焦位置)诱导气穴通道的形成、发展和坍塌动态过程,并对三种聚焦条件下产生的通道形貌特征和相关参数进行分析。再次,创新性的将定焦镜头和显微镜头相结合用于监测水膜层介导脉冲CO2激光牛腿骨组织消融的动态过程,对气穴通道的生长-溃灭过程进行研究,分析了气穴通道脉动时的液体扰动情况,并对消融产生的骨屑进行追踪。结果表明气穴通道接通的时间与喷射的消融细屑存在密切的关系。最后,开展了不同吸收系数液体膜层(纯水μa=817 cm-1和掺微量墨汁的纯水μa=926 cm-1)对脉冲CO2激光诱导牛腿骨组织消融的影响,并对不同液体膜层厚度与激光作用时间的等影响因素进行了探讨。